Jiuyun Shi segura um pequeno dispositivo que ele e uma equipe de cientistas da Universidade de Chicago inventaram e que integra células vivas, gel e sensores para criar “bioeletrônica viva” para curar a pele. Crédito: Jiuyun Shi e Bozhi Tian/Universidade de Chicago
Os cientistas desenvolvem um adesivo flexível, adaptável e armazenável que combina bactérias e sensores para interagir com o corpo.
Os pesquisadores criaram a “bioeletrônica viva”, um dispositivo que combina células, gel e eletrônicos para monitorar e tratar doenças da pele. Testado em ratos, o dispositivo reduz a inflamação e tem potencial para aplicações médicas mais amplas. A equipe está trabalhando para comercializar a tecnologia.
Durante muitos anos, o laboratório do Professor Bozhi Tian tem explorado como fundir os domínios da electrónica – normalmente rígida, metálica e volumosa – com a natureza macia, flexível e delicada do corpo humano. Nas suas pesquisas mais recentes, eles criaram um protótipo para o que chamam de “bioeletrônica viva”: uma combinação de células vivas, gel e componentes eletrônicos que podem ser integrados a tecidos vivos.
Os adesivos são feitos de sensores, células bacterianas e um gel feito de amido e gelatina. Testes em ratos descobriram que os dispositivos podiam monitorar e melhorar continuamente sintomas semelhantes aos da psoríase, sem irritar a pele.
“Esta é uma ponte entre a bioeletrônica tradicional, que incorpora células vivas como parte da terapia”, disse Jiuyun Shi, coautor do artigo e ex-aluno de doutorado no laboratório de Tian (agora na Universidade de Stanford).
“Estamos muito entusiasmados porque já se passaram uma década e meia para ser feito”, disse Tian.
Os pesquisadores esperam que os princípios também possam ser aplicados a outras partes do corpo, como estimulação cardiológica ou neural. O estudo foi publicado em 30 de maio em Ciência.
Uma terceira camada
Emparelhar a eletrônica com o corpo humano sempre foi difícil. Embora dispositivos como marca-passos tenham melhorado inúmeras vidas, eles têm suas desvantagens; os eletrônicos tendem a ser volumosos e rígidos e podem causar irritação.
Mas o laboratório de Tian é especializado em descobrir os princípios fundamentais por trás de como as células e tecidos vivos interagem com materiais sintéticos; seu trabalho anterior incluiu um minúsculo marca-passo que pode ser controlado com luz e materiais fortes, mas flexíveis, que poderiam formam a base dos implantes ósseos. Neste estudo, eles adotaram uma nova abordagem. Normalmente, a bioeletrônica consiste nos próprios componentes eletrônicos, além de uma camada macia para torná-los menos irritantes para o corpo.
Mas o grupo de Tian questionou se poderiam adicionar novas capacidades integrando um terceiro componente: as próprias células vivas. O grupo ficou intrigado com as propriedades curativas de certas bactérias, como S. epidermidisum micróbio que vive naturalmente na pele humana e demonstrou reduzir a inflamação.
Um adesivo fino como um wafer incorpora um circuito eletrônico flexível, um gel feito de amido de tapioca e gelatina e bactérias amigáveis que ajudam a tratar problemas de pele. Crédito: Jiuyun Shi e Bozhi Tian/Universidade de Chicago
Eles criaram um dispositivo com três componentes. A estrutura é um circuito eletrônico fino e flexível com sensores. É revestido com um gel criado a partir de amido de tapioca e gelatina, que é ultramacio e imita a composição do próprio tecido. Por último, S. epidermidis micróbios são colocados no gel. Quando o dispositivo é colocado na pele, as bactérias secretam compostos que reduzem a inflamação, e o sensor monitora a pele em busca de sinais como temperatura e umidade da pele.
Em testes com ratos propensos a doenças de pele semelhantes à psoríase, houve uma redução significativa dos sintomas.
Os testes iniciais duraram uma semana, mas os pesquisadores esperam que o sistema – que eles chamam de plataforma ABLE, para Eletrônica Viva Biointegrada Ativa – possa ser usado por meio ano ou mais. Para tornar o tratamento mais conveniente, disseram eles, o dispositivo pode ser liofilizado para armazenamento e facilmente reidratado quando necessário.
Como os efeitos curativos são fornecidos por micróbios, “é como uma droga viva – você não precisa recarregá-la”, disse Saehyun Kim, o outro coautor do artigo e atual estudante de doutorado no laboratório de Tian.
Aplicações mais amplas e objetivos futuros
Além de tratar a psoríase, os cientistas podem imaginar aplicações como adesivos para acelerar a cicatrização de feridas em pacientes com diabetes.
Eles também esperam estender a abordagem a outros tipos de tecidos e células. “Por exemplo, você poderia criar um insulinadispositivo de produção ou um dispositivo que faz interface com neurônios?” disse Tian. “Existem muitas aplicações potenciais.”
Tian disse que este é um objetivo que ele nutre desde sua época como pesquisador de pós-doutorado, há quase 15 anos, quando começou a fazer experiências com “tecidos ciborgues”.
“Desde então, aprendemos muito sobre questões fundamentais, como a forma como as células interagem com os materiais e a química e física dos hidrogéis, o que nos permite dar esse salto”, disse ele. “Ver isso se tornar realidade foi maravilhoso.”
“Minha paixão sempre foi ultrapassar os limites do que é possível na ciência”, disse Shi. “Espero que nosso trabalho possa inspirar a próxima geração de designs eletrônicos.”
Referência: “Eletrônica viva biointegrada ativa para controlar a inflamação” por Jiuyun Shi, Saehyun Kim, Pengju Li, Fuying Dong, Chuanwang Yang, Bryan Nam, Chi Han, Ethan Eig, Lewis L. Shi, Simiao Niu, Jiping Yue e Bozhi Tian, 30 de maio de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adl1102
Outros autores de artigos com o Universidade de Chicago incluíram Pengju Li, Chuanwang Yang, Ethan Eig, Lewis Shi e Jiping Yue, bem como cientistas da Rutgers University e Universidade Columbia.
Os pesquisadores usaram o Soft Matter Characterization Facility e o Pritzker Nanofabrication Facility da Universidade de Chicago. Eles também estão trabalhando com o Centro Polsky para Empreendedorismo e Inovação para comercializar a tecnologia.
